教科版初三物理第22讲：物理学的发展与能源技术(教师版)

物理学的发展与能源技术____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________能的转化和守恒能源的分类及新能源核能的分类和应用能源与可持续发展一、能量的转化和守恒定律多种形式的能：机械能、电能、光能、声能、磁能、化学能、核能、生物能等。能量的转移：能量形式不变，从一个物体传递给另一个物体的过程。能量的转化：能量从一种形式转化为另一种形式的过程。能量转移和转化的区别：能量转移时，其形式没有变，而在转化是，能量的形式发生了变化。能量转移的方向性：能量在转移中存在一定的方向性，如热量总是从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分，而非相反。能量守恒定律：能量既不会消失，也不会创生，它只会从一种形式转化成为其他形式，或者从一个物体转移到另一上物体，而在转化的过程中，能量的总量保持不变。能量守恒定律的意义：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到天体，小到原子核，无论是物理还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程都遵从此定律。永动机是不可能实现的：它是一种可以不消耗能量，就可以永远的运动下去，并连续不断地做功的机器，它是由于违背科学规律而失败。永动机从反面证明了能量守恒定律的正确性。能量转化中的效率：提高能量转化利用中的效率是节能问题的核心，是可持续发展的重要措施之一。有效能量：直接（或间接）转化（或转移）为有用的能量。无效能量：散发到大气，被其它物体利用的能量。能量转化率=输出有效能量/输入能量（η=E有效/E输入，η永远小于1）二、原子能、核能放射性：物质具有发射射线的性质。放射性元素：具有放射性的元素（在元素周期表中原子序数大于83的所有天热存在的元素都具有放射性，而小于83的一些元素也具有放射性）。三种射线：α射线、β射线和γ射线。（α射线是带正电的氦原子核流、β射线为高速运动的电子流，γ射线是贯穿能力很强的电磁波。放射线是从原子核里放射出的）α粒子散射实验：20世纪初，人们发现了一种试验方法，即用α粒子轰击金箔，它们与金原子会产生相互作用而发生偏转。通过观察这些α粒子穿过箔片时的偏转情况，可以获得原子内部的信息。原子核的发现及核式结构模型：1909年到1911年，卢瑟福等人无数次地用高速α粒子轰击金箔，发现原子中带正电的物质只占了很小的体积，但密度很大，几乎集中了原子的全部质量，他随即提出了原子核式结构模型。原子核的结构：原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。同位素：具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子互称同位素。放射性的应用：已发现的放射性元素和放射性同位素有2000多种，放射性同位素发出的射线可现实其存在的轨迹。在工农业生产和医学上有大量的应用（如农业育种，检查水库渗漏，农作物对肥料的吸收，炼钢过程中杂质的含量，人地内脏变异的情况，杀死癌细胞等）。放射性的保护：对于辐射强度超过国家标准的放射性物质，要远离并防止其扩散，在放射性实验室中，要用铅板、有机玻璃等材料做好隔离防护。核能：由于原子核的结构发生变化而释放出的巨大能量，核能也叫原子能。核能的两种来源：Œ核裂变（用中子轰击铀235，使铀这种重原子核分裂成两块中等质量的原子核）；核聚变（把轻核聚合成质量较大的核的反应，太阳内部发生的核反应是聚变反应）。人类目前能够控制和利用的核能来源于核裂变能。目前核裂变能已实现可控应用。核电站都是利用可控制的核裂变能。而核聚变人类目前还无法控制其反应速度。核电站的特点：消耗燃料少，减少燃料的运输量；对大气基本无污染；需要防止放射性物质泄露。核电站主要组成包括：核反应堆、热交换器、汽轮机和发电机等。三、能源与可持续发展能源：凡是能为人类提供能量的物质资源，都可以叫做能源。能源的分类：Œ按能源的利用方式分为一次能源（从自然界直接取得而不改变其基本形态的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物能、核能等）和二次能源（无法直接获取，须通过一次能源消耗转化成另一种形态的能，如电能、酒精和火药等）；按能源的利用程度分为常规能源和新能源；Ž从能源的再生性分为再生能源（太阳能、风能、潮汐能、水力和地热能等）和不可再生能源（煤、石油、天然气等）。世界对能源的需求：人类的活动离不开能源的消耗，加上人口急剧增长和经济不断发展，能源的消耗也在持续增长，目前作为人类主要能源的石化能源最终会被消耗殆尽，石化能源危机会最终出现，所以，新能源的开发是解决能源危机的唯一手段。能源利用中的问题：Œ能源危机不是危言耸听；能源利用中的硫化物、碳氧化合物和粉尘的大量排放造成对环境的污染和生态的破坏；Ž突发事件引起的能源短缺或供应中断。能源利用中要解决的问题：必须形成全民节能的意识，注重技术创新，提高能源利用率，减少废气、废物排放；依靠科技创新开发核能、太阳能、风能、地热能等绿色新能源，加强能源利用中的防护措施，提高能源使用安全性。人类开发利用能源的历史：火→化石能源→电能→核能。新能源的开发利用——核能：Œ优点：a.核能巨大，可极大补充人类能源的不足，大大节约了常规能源；b.可以解决能源分布的不平衡；缺点：a.属于一次能源，不可再生；b.存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害；c.核反应堆中产生的核废料治理代价高；Ž核电站应用地域：a.一般建立在能源需求量大，且能源十分缺乏的地区；b.建立在人群较远的地区，避免对人畜造成伤害。新能源的开发利用——太阳能：由不断发生的核聚变产生的能，为可再生能源（地球上除核能、地热能和潮汐能以外的所有的能量，几乎都来自太阳）。Œ优点：量大、供应时间长、分布广阔，获取方便，安全、清洁无污染；缺点：过于分散，受气候、自转及季节的影响较大，不稳定，转化率低；Ž人类利用太阳能的三种方式是：a.光热转换（太阳能热水器）；b.光电转换（太阳能电池）；c.光化转换（绿色植物）。新能源的开发利用——地热能：指地表下10km深度以内，温度为15℃~400℃的地热能量，对地热的利用主要是发电。新能源的开发利用——其它新能源：潮汐能（涨落潮的潮汐带动水轮机发电）、风能（帆船的动力、风力发电等）、氢能（氢气燃烧时可放出大量热量，产物只有水一中，是绝对清洁的新能源）。题型一：能量守恒定律例1.（2014•南昌）能量守恒定律：能力既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式为其他形式，或者从一个物体到其他物体，在这些变化过程中，能量的总量保持不变．能源是人类社会生存和发展的重要物质，你熟悉的能源中，属于可再生能源，属于不可再生能源（各举一例）．解析：①能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变．②煤和石油是动植物体经过亿万年的时间形成的，是不可再生能源；天然气是在开采石油的同时得到的，也是不可再生能源．太阳能可以源源不断的得到，是可再生能源．答案：①转化；转移；②太阳能，石油．例2.(2014•邵阳）可以直接从自然界获得的能源叫一次能源，必须通过消耗一次能源才能获得的能源叫二次能源．下列能源中，属于二次能源的是（） A．煤 B．石油 C．天然气 D．电能解析：（1）一次能源是指可以从自然界直接获取的能源．如化石能源、风能、水能等．（2）二次能源是指无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源．如电能等．所以，像煤、石油、天然气、风能、地热能等能源，可以从自然界直接获取的统称为一次能源．电能是必须通过一次能源的消耗才能获得的，所以称为二次能源．答案：D题型二：能源与可持续发展例3.2011年3月11日，日本发生大地震，造成核污染，引起世界各国恐慌。以下对于核能的理解正确的是(

)A．核电站利用的是核聚变释放的能量 B．核能是再生能源C．马上停止核能的开发和利用 D．检查核设施防止核泄漏解析：核电站利用的是铀核裂变释放的能量，A错；核能是不可再生能源，B错；核能可以提供高能量服务于民，不能停止核能的开发和利用，C错；检查核设施防止核泄漏，D对答案：D例4.关于能源的利用，下列说法正确的是A．大量使用石油产品会造成大气污染，所以应该停止开采石油B．和平利用核能特别要注意防止核泄漏，以免造成环境污染C．修筑拦河坝建造水电站利用水能发电，有百利而无一害D．天燃气是一种清洁能源，人类可以无穷无尽地开发解析：大量使用化石类能源（如石油等）会造成大气污染，但目前还没有找到合适的新能源来代替它，选项A错误；在利用核能的过程中，如造成核泄漏，将会造成环境污染，选项B正确；修筑拦河坝建造水电站虽然能利用水能发电，但也能造成良田淹没等不利影响，选项C错误；天燃气是一种清洁能源，但是不可再生能源，人类不能无穷无尽地开发，选项D错误。答案：B基础演练1．（2014•南京）下列能源中，属于可再生能源的是（） A． 煤 B． 石油 C． 水能 D． 天然气答案：C2.大规模开发和利用太阳能时，下列困难中，目前人们所关注解决的重点是（

）A．单位面积上功率较小B．地球自转C．光电、光热转化装置效率低D．光照不均匀答案：C3.关于核能，下列说法中错误的是A．核电站使用过的核燃料称为核废料，核废料不具有放射性B．目前人类获得核能有两条途径，即裂变和聚变C．核能属不可再生能源D．核发电是利用核的裂变来实现的答案：A4．(多选)下列现象中，有能量的转化的是()A．用酒精灯加热烧杯里的水B．冬天用热水袋取暖C．用打气筒打气，筒壁会发热D．冬天用手摸户外的东西感到凉答案：AC5．（2014•株洲）核电池是一种通过换能器将核能最终转化成能的装置，具有体积小、重量轻、寿命长等特点．请列举一个将来有可能利用核电池供电的产品：．答案：电；电动车6.我国第一代“人造太阳”核实验装置已于2006年9月28日放电成功，它产生能量的方式和太阳相同，在超高温条件下氢的原子核发生了

(填“聚变”或“裂变”)，产生巨大能量。答案：聚变7.在上海世界博览会的中国国家馆内，“水的流动”贯穿了展览的各个层面。目前，水资源的利用已成为各国探讨的热点。请回答以下问题：⑴水具有的动能属于________再生能源。（选填“可”或“不可”）⑵水具有比热容大的特点。以下现象中能用此特点解释的是。（选填序号）A．可以用循环流动的水冷却汽车发动机B．寒冬季节，放在室外装满水的玻璃瓶会破裂C．0℃的冰熔化成0℃水的过程中要吸收大量的热答案：⑴可；⑵A8.在①煤气、②沼气、③天然气、④地热能、⑤核能、⑥潮汐、⑦太阳能中，属于一次能源的是________________；

属于二次能原的是_________________；

属于不可再生能源的是_________________；

属于可再生能源的是__________________；

答案：③④⑤⑥⑦；①②；①③⑤；②④⑥⑦9.在“太阳能、天然气、石油、煤炭、风能”这些能源（能源物质）中，属于“可再生能源”的是

_______

和

_______

。答案：太阳能，风能10.（辽宁省营口市2015年）核能发电是利用核燃料发生_______（选填“核聚变”或“核裂变”）释放出大量的能量，核能属于_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。答案：核裂变不可再生巩固提升1.（2014•嘉兴）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（）A．①②③④B．②③④①C．②①③④D．①③④②答案：C2.下列说法正确的是（

）A．“不敢高声语，恐惊天上人”中的“高”指的是音调高B．锯木条时锯条会发热，这是通过热传递使锯条的内能发生了变化C．LED灯用半导体材料制成，主要把电能转化为内能D．化石能源和核能都是不可再生能源答案：D3.（湖南省益阳市2015）有关“能源与可持续发展”的说法中正确的是A．能量是守恒的，故不会有能源危机B．能量的转移与转化具有方向性，如消耗掉的内能不能收集起来再利用，因此要节约能源C．因水能清洁、安全，因此修建水电站利用水能发电，有百利而无一害D．风能、水能、太阳能、核能都可以在自然界源源不断地得到，它们都是可再生能源答案：B4.（四川省自贡市2015）下列说法中错误的是

（）A、原子是由原子核和电子组成的； B、通过裂变或聚变可以获得核能；

C、手机是利用电磁波传递信息的； D、我国的煤炭取之不尽，用之也无污染。

答案：D5.《不扩散核武器条约》缔约国第八次审议大会在纽约联合国总部召开，消除核武器与和平利用核能成为参会国讨论的焦点。关于原子弹与核电站的叙述正确的是()A．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率B．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率答案：C6．（2014浙江宁波）今年“世界环境日”的主题是“提高你的呼声，而不是海平面”，海平面上升的主要原因是由于温室效应导致的全球气候变暖。下列获取电能的途径会加剧温室效应的是（）A．火力发电B．水力发电C．风力发电D．核能发电答案：A7.2010年上海世博会采用高效彩色太阳能电池板、锂离子电池等技术，真正达到碳的“零排放”．太阳能属于_______能源（选填“可再生”或“不可再生”）．世博会上，以警用电动车为参照物，车上的锂离子电池是_______的，警用电动车和地面指挥中心无线通信时用________（选填“超声波”或“电磁波”）进行联络．答案：可再生静止电磁波8.手机使用充电电池，在电池充电的过程中，是将能转化为能，此时电池相当于（填“电源”、“用电器”）．答案：电，化学，用电器。9.如图所示是太阳能路灯，灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明．太阳能是在太阳内部氢原子核发生______（裂变/聚变）时释放出的核能．蓄电池充电时将电能转化为______能．若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为2.1×107J，这些能量经转化后，可供功率为35W的路灯工作50h，则该太阳能路灯的能量转化效率是_______％．

答案：聚变

化学

3010．（4分）（2014•广安）6月5日是世界环境日，低碳排放，保护地球是当今世界的主题，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题．（1）在能源家族中，风能、太阳能、谁能都同属于（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它们的开发和利用可以减少大量化石能源的生产和消费所导致的生态破坏与严重环境污染．（2）为实现减排目标，国家大力推广风力、水力发电．如图所示是我国西部某处风力发电场的壮观画面．假如装机总功率为4.2×106kw的风电场项目全面建成后，所有机组发电1h，可提供多少kW•h电能？若这些电能全部转化为水的内能，那么可以把多少质量的水从28℃加热至沸腾（在标准大气压下）？（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）答案：（1）可再生；（2）可以把质量为5×107kg的水从28℃加热至沸腾．1.（2014苏州）开发和利用新能源是现代社会发展面临的重要课题．以下列出的几种能源中，属于不可再生能源的是 ，属于清洁能源的是（均填序号）.①煤 ②风能 ③太阳能 ④石油答案：①④ ②③2.（2014福建福州）环境污染是人们招来越关注的问题。下列能源中，广泛使用容易造成空气污染的是

A.太阳能B.风能C.水能D.煤答案：D3.说出下述过程能量之间的转化关系①石块从空中落下是由______.②水力发电是由______.③电动机工作是由______.④用电炉烧水是由_______.⑤电灯发光是由______.⑥火力发电是由______.⑦乒乓球从台板上跳起来是由______.答案：①重力势能转化为动能②机械能转化为电能③电能转化为机械能④电能转化为内能⑤电能转化为光能⑥化学能转化为电能⑦动能转化为重力势能4.核电站是利用_______发电的，它的核心设备是_______，其发生的_______是（选填可以、不可以）控制的。答案：核能

核反应堆

链式反应5.（2014•白银）能源危机日益加剧，开发和利用新能源成为当务之急．目前的核电站是利用原子（选填“核聚变”或“核裂变”）释放的能量工作的，该能源属于（选填”可“或“不可”）再生能源．答案：核裂变不可__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.（2015年广东）下列能源属于不可再生能源的是（）A．风能B．化石能源

C．水能D．太阳能答案：B2.（山东省莱芜市2015）和平利用核能，提高清洁能源比重，是我国能源发展战略的重要内容，关于核能，下列说法正确的是（）A．核反应堆中，核能是通过聚变释放的能量B．核反应堆中，核能是通过裂变释放的能量C．核能是可再生能源D．核能是二次能源答案：B3．（2014•东营）核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（） A．核能→化学能→内能→电能 B． 核能→化学能→机械能→电能 C．核能→内能→机械能→电能 D． 核能→机械能→内能→电能答案：C4.（2015北京）科技小组的同学们调查发现，北京地区存在几种不同类型的发电站，如图1所示。下列发电